Évaluation par approche statistique de l’impact des changements climatiques sur les ressources en eau : application au périmètre du Gharb (Maroc) Assessment by statistical approach of climate change impact on water resources: application to the Gharb perimeter (Morocco)

Résumé

Afin d’évaluer l’impact des changements climatiques sur les ressources en eau, nous réalisons dans ce travail une analyse statistique spatio-temporelle de certaines variables climatiques du bilan hydrique. En effet, pour comprendre les variations climatiques ayant eu lieu dans le passé, l’analyse statistique doit se faire sur des séries chronologiques de données représentatives aussi bien sur le plan spatial que temporel. Toutefois, ces séries de données présentent souvent des lacunes dans les mesures et des irrégularités qui entravent leur utilisation directe. Pour cela, l’analyse statistique adoptée dans cette étude s’est appuyée sur trois étapes : i) le comblement des données manquantes par deux méthodes d’imputation, à savoir la méthode d’imputation multivariée par des équations enchainées (MICE) et la méthode des k plus proches voisins (k-NN); ii) la détection des changements significatifs ayant eu lieu dans le passé dans les séries chronologiques. Les dates de ces changements sont marquées par des ruptures au niveau de la moyenne des variables climatiques étudiées. Ces ruptures ont été validées par trois tests statistiques (Pettitt, Buishand et homogénéité normale SNH); iii) l’investigation de tendances potentielles dans les données climatiques par les tests statistiques (Sen et Mann-Kendall) ainsi que par une projection future. Comme application, nous avons traité les données climatiques pour les périodes 1974-2016 et 2021-2050 issues de cinq stations météorologiques du périmètre du Gharb situé au nord du Maroc. Les résultats obtenus montrent que la méthode d’imputation de MICE est la plus performante pour toutes les stations. Pour les tendances, les séries de températures, d’évapotranspiration potentielle et du déficit hydrique présentaient des tendances significatives à la hausse sur tous les pas de temps. Tandis que pour les séries de précipitations, les tendances étaient non significatives. Les projections à l’horizon 2021-2050 ont fait ressortir que nous pourrions assister à un léger décalage de la saison la plus pluvieuse de l’année et l’effet du réchauffement serait plus important en allant de l’ouest vers l’est du périmètre du Gharb en raison de l’effet de continentalité.

Mots-clés:

• séries chronologiques,
• comblement de lacunes,
• homogénéisation,
• analyse des tendances,
• bilan hydrique,
• changements climatiques,
• ressources en eau,
• Gharb

Abstract

In order to evaluate the climate change impact on water resources, we carry out in this work, a spatio-temporal statistical analysis of some water balance variables. In order to understand past climate variations, a statistical analysis must be made for representative time series both temporally and spatially. These data sets, however, often have irregularities and gaps in the measurements which hinder their direct use. For this reason, the statistical analysis used in this study was based on three steps: i) filling gaps of missing data using two imputation methods, namely multiple imputation by chained equations (MICE) and the k-nearest neighbour method (k-NN); ii) the detection within time series of significant changes that occurred in the past. Dates of these changes are characterized by breaks at the level of the mean of the studied climate variables. These breaks were confirmed by three statistical tests (Pettitt, Buishand, and Normal Homogeneity SNH); iii) the investigation of potential climate data trends by using statistical tests (Sen and Mann-Kendall) as well as with a projection technique for the future. As an application, we processed climate data from five weather stations in the Gharb perimeter, located in northern Morocco, for the periods 1974-2016 and 2021-2050. The results obtained showed that MICE imputation is the most efficient for all stations. For trends, while the series of temperatures, potential evapotranspiration, and water deficit showed significant upward trends over all time steps, the trends were non-significant for the precipitation series. The projections for 2021-2050 showed that we could witness a slight shift in the wettest season of the year and that the effect of warming would be greater from west to east in the Gharb perimeter due to the effect of continentality.

Key words:

• time series,
• gaps-filling,
• homogenization,
• trends analysis,
• water balance,
• climate change,
• Gharb